23
Hale Waihona Puke 2.5.4 扫描数字化地图数字化
（1）点坐标数据+高程数据：用于构造树木、路牌、 旗杆、路灯等呈点状分布的模型。 （2）折线坐标数据+高程数据：用于构造栅栏、宣传 栏等呈线状分布的模型。 （3）平面多边形数据+高程数据：普遍适用于地面、 房屋、草坪、道路等模型的建立。 （4）三角串数据+高程数据：用于构造较为复杂的模 型。利用这种数据可以构造河堤岸（高程不同）和体 育场跑道（高程相同）等模型。
8
2.5.2
城市三维空间信息获取
二. 建筑物高度数据获取
（1）在2D GIS数据库基础上按层数粗略求 算建筑物高度。 （2）用人工或半自动的方式借助软件基于 影像获取（以建筑物屋顶数据为主） （3）以研究算法为主，从影像中直接提取 建筑物高度以及其他信息。 （4）用机载激光扫描仪结合空中影像，经 过算法处理提取建筑物高程、纹理以及其它 数据。
2.5.3 GPS测量
野外数据采集
如果接收机能够同时接收 4 颗以上的卫星信号，如右图 所示。根据三维空间后方交 会原理，由卫星的位置和接 收机与卫星的距离，即可以 计算出 GPS 接收机天线所在 位置的三维地心坐标
Z Y
X
GPS测量的原理
20
2.5.4
地图数字化
手扶跟踪数字化 地图扫描矢量化
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2.5.7
合成孔径雷达（SAR）
合成孔径雷达（ Sythetic Aperture Radar ， SAR）是一种全天时、全天候的微波成像 雷达，不仅可以详细的、较准确的观测地 形、地貌，获取地球表面的信息，还可以 透过地表和自然植被收集地表下面的信息。
33
2.5.7
合成孔径雷达（SAR）
干涉合成孔径雷达（Interferometric Sythetic Aperture Radar ， INSAR ） 是 SAR 的一种 新机制，可以用于获取地球表面高分辨率 的三维地形图或等高线图，监视一些自然 现象导致的变化。干涉SAR是将雷达系统 对同一区域的“两次”观测获得的数据结 合起来，根据干涉原理，利用其相位差获 得更多的地表信息，如地表高度、地表覆 盖物的微小变化。
11
2.5.2
城市三维空间信息获取
四. 纹理数据获取
（1）由计算机作简单模拟绘制。 （2）地面摄影像片直接提取。 （3）根据航摄像片由计算机生成。 （4）由空中影像获取。这种方法主要用来 获取地面影像。
12
2.5.3
野外数据采集
全站仪测量
GPS测量
13
2.5.3 全站仪测量
野外数据采集
第三章
城市地理信息系统的技术与方法（第5讲） 城市三维空间信息的获取方法
2.5.1
城市三维空间信息的内 城市三维空间信息获取 野外数据采集 地图数字化 全数字摄影测量系统 激光扫描测量系统 合成孔径雷达 近景摄影测量方法 多数据源集成
容 2.5.2 2.5.3 2.5.4 2.5.5 2.5.6 2.5.7 2.5.8 2.5.9
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2.5.5
全数字摄影测量系统

数字高程模型（DEM） 正射影像（DOM） 数字栅格图（DRG） 数字线划图（DLG）
25
2.5.6
激光扫描测量系统
高 精 度 激 光 扫 描 仪 （ 如 Airborne Scanner 、 Laser Faç ade Scanner ）能够获取物体表面高 解析度的数字距离影像，影像中包含被扫描物 体大量的球面坐标信息，这些坐标可转换到笛 卡尔坐标系中，并进一步作用于有关的三维应 用。 将 GPS 、惯性导航系统（ INS ）和扫描激光测 距仪进行集成，则组成机载激光扫描制图系统 （Airborne Scanning Laser Mapping System）， 可进行大范围数字地表模型（ Digital Surface Model，DSM）的高精度实时获取。
数字高程模型：即三维地形数据，实际上是 地表物体的高程信息
属性特征：是在虚拟现实系统中构建城市三 维模型所必需的信息
5
2.5.1
城市三维空间信息的内容
信息类型 三维地形
信息形式 数字高程模型
需要比例尺 1：500～1000
三维建筑
地表纹理
地形图
数字正射影像图
1：500～1000
1：500～4000
6
2.5.2
城市三维空间信息获取
一．DEM数据获取
二．建筑物高度数据获取
三．三维对象几何要素数据获取
四．纹理数据获取
7
2.5.2
城市三维空间信息获取
一．DEM数据获取
（1）直接使用2D GIS中的DEM。 （2）通过数字摄影测量系统，处理航摄影 像（包括高分辨率遥感影像）生成。 （3）由机载激光扫描系统直接扫描并经后 续处理得到。 （4 ）用合成孔径雷达（SAR）获取数字高 程模型。
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从单幅雷达影像提取地面高程信息
处理流程：
数学模型的建立 高程增量的求取 对增量数据运用积分处理 运用模拟退火算法改善结果
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从单幅雷达影像提取的地面高程信息
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干涉测量：数据处理流程图
复雷达图象 轨道 1
轨道 1 成像参数
图象配准 复共轭乘积
干涉图
复雷达图 轨道 2
轨道 2 成像参数
相位解缠
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机载激光扫描技术——工作原理
扫描成像仪同步获取地面的扫描图像， 而且扫描成像仪和扫描激光测距仪在硬 件上共用一套扫描光学系统而组成扫描 激光测距 — 成像组合传感器（ AL-Hi ）， 从而保证地面的激光点和图像上的某些 像元点严格匹配，即在获取地面点的图 像同时还获取该点到成像仪的激光距离 值。在后续处理中，激光采样点作为控 制点就可以生成DSM，也可以纠正同步 获取的遥感图像。
10
2.5.2
城市三维空间信息获取
三. 三维对象几何要素数据获取
（5）采用近景摄影测量方法，获取建筑物 的几何形状数据。它不仅可以获取建筑物外 部的几何形状信息，也可以测量其内部几何 信息，适用于对单体建筑的量测。对于获取 结构复杂的建筑物，如古建筑的数据也是一 种比较理想的选择。 （6）使用高分辨率卫星影像进行建筑物的 自动提取。高分辨率卫星影像的出现，使得 人们很容易快速获取一个实时的、不低于 1m 分辨率的城区影像图。
DEM
37
干涉测量：数据处理实例
38
2.5.8
近景摄影测量方法
数字近景摄影测量系统包括：影像获取、 特征检测、影像相关、解析处理及产品输 出及各部分。 不仅适用于建筑物外部数据的几何和纹理 数据的获取，也适合于建筑物内部（如房 间、走廊等）数据的获取，解决了建立深 层次 3D 城市模型所存在的建筑物内部数 据获取困难的问题。
全站仪是电子经纬仪和 激光测距仪的集成，它 可以同时测量空间目标 的距离和方位数据，并 且进一步得到它的大地 坐标数据
Win-全站仪NTS-202W/205W
14
2.5.3 全站仪测量
全站仪
野外数据采集
电子手簿 坐标数据
计算机
编辑处理 空间数据
野外
室内
空间数据编辑处理和成图的两种模式：一种是利 用 AutoCAD 图形软件进行图形的处理和制图，另 一种是自行编制数字制图软件进行空间数据处理 和制图。
46
2.5.9
多数据源集成
由计算机生成 根据航空摄影像片获取；由卫星遥感 像片获取 构筑物及 根据地面摄影像片直接获取 地面的纹 用机载激光扫描仪结合空中影像，经 理数据 算法处理提取建筑物顶部纹理 用激光测距扫描仪结合CCD相机从地 面获取建筑物立面纹理 由移动测绘系统获取等
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2.5.3
全站仪测量
野外数据采集
电子平板：将便携机直 接与全站仪相连，测量 的结果直接显示在屏幕 上。在野外直接进行空 间目标的图形连接和编 电子平板仪的测量示意图 辑处理，然后进行符号 化、注记与制图。
16
2.5.3 GPS测量
野外数据采集
GPS 由三大部分组成： GPS 卫星（空间部分）、 地面支撑系统（地面监控部分）和 GPS 接收机 （用户部分）
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2.5.2
城市三维空间信息获取
三. 三维对象几何要素数据获取
（1）将2D GIS中的建筑物轮廓线与建筑物 高度结合，用简单几何体表达建筑物外形特 征。 （2）利用航空影像进行交互式获取。 （3）使用航空影像以及地面摄影对建筑物 特征线进行自动提取。 （ 4 ）在地面使用激光扫描仪与 GPS ，通过 测距求算获取。
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机载激光扫描技术
DEM+CCD影象
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机载激光测量的应用实例

城市地理信息数据获取
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机载激光测量的优点



与传统的摄影测量作业相比，它无需地面 控制点，可部分穿越树林遮挡直接获取地 表的高精度三维信息； 对天气的要求不高，甚至夜间也可以飞行 作业，其获取 DSM 的成本仅为摄影测量的 25%-33%。 为空间信息的获取提供了全新的技术手段， 使人们从传统的人工单点数据获取变为连 续自动数据获取，提高了观测的精度、速 度
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2.5.9
多数据源集成
根据地形图/地籍图数字化得到建筑物投影 平面几何数据 将数字地图或2D GIS中的建筑物轮廓线与其 高度结合，用简单几何体表达建筑物外形特征 利用航空影像进行交互获取；利用航空影像 建筑物的几 以及地面摄影对建筑物特征线进行自动提取 何要素数据 在地面使用GPS和激光三维扫描仪，通过测 距求算获取 利用高分辨率卫星影像进行建筑物的自动提 取 由近景摄影测量系统获取 由移动测绘系统获取等
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机载激光扫描技术
GPS